O que é entropia?

A entropia é um conceito importante em física e química, além disso, pode ser aplicado a outras disciplinas, incluindo cosmologia e economia. Na física, faz parte da termodinâmica. Em química, é um conceito central em química Física.

Principais tópicos: Entropia

Entropia é a medida do distúrbio de um sistema. É um propriedade extensiva de um sistema termodinâmico, o que significa que seu valor muda dependendo da quantidade de importam isso está presente. Nas equações, a entropia é usualmente denotada pela letra S e tem unidades de joules por kelvin (J⋅K⁻¹) ou kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Um sistema altamente ordenado tem baixa entropia.

Existem várias maneiras de calcular a entropia, mas as duas equações mais comuns são para processos termodinâmicos reversíveis e processos isotérmicos (temperatura constante).

Entropia de um processo reversível

Certas suposições são feitas ao calcular a entropia de um processo reversível. Provavelmente, a suposição mais importante é que cada configuração dentro do processo é igualmente provável (o que pode não ser realmente). Dada probabilidade igual de resultados, a entropia é igual à constante de Boltzmann (k_B) multiplicado pelo logaritmo natural do número de estados possíveis (W):

S = k_B em W

A constante de Boltzmann é 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropia de um processo isotérmico

O cálculo pode ser usado para encontrar a integral de dQ/T do estado inicial ao estado final, onde Q é calor e T é o temperatura absoluta (Kelvin) de um sistema.

Outra maneira de afirmar isso é que a mudança na entropia (ΔS) é igual à mudança no calor (ΔQ) dividido pela temperatura absoluta (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropia e Energia Interna

Na físico-química e na termodinâmica, uma das equações mais úteis relaciona a entropia à energia interna (U) de um sistema:

dU = T dS - p dV

Aqui, a mudança na energia interna dU é igual a temperatura absoluta T multiplicado pela variação da entropia menos pressão externa p e a mudança de volume V.

o segunda lei da termodinâmica afirma a entropia total de um Sistema fechado não pode diminuir. Entretanto, dentro de um sistema, entropia de um sistema pode diminuir aumentando a entropia de outro sistema.

Alguns cientistas prevêem que a entropia do universo aumentará até o ponto em que a aleatoriedade cria um sistema incapaz de um trabalho útil. Quando resta apenas energia térmica, diz-se que o universo morreu de morte pelo calor.

No entanto, outros cientistas contestam a teoria da morte por calor. Alguns dizem que o universo como um sistema se afasta ainda mais da entropia, mesmo quando as áreas dentro dele aumentam em entropia. Outros consideram o universo como parte de um sistema maior. Outros ainda dizem que os estados possíveis não têm igual probabilidade, portanto, equações comuns para calcular a entropia não são válidas.

Um bloco de gelo aumentará em entropia como derrete. É fácil visualizar o aumento no distúrbio do sistema. O gelo consiste em moléculas de água ligadas entre si em uma treliça de cristal. À medida que o gelo derrete, as moléculas ganham mais energia, se separam e perdem a estrutura para formar um líquido. Da mesma forma, a mudança de fase de um líquido para um gás, da água para o vapor, aumenta a energia do sistema.

Por outro lado, a energia pode diminuir. Isso ocorre quando o vapor muda de fase para a água ou quando a água muda para o gelo. A segunda lei da termodinâmica não é violada porque o assunto não está em um sistema fechado. Enquanto a entropia do sistema em estudo pode diminuir, a do ambiente aumenta.

A entropia é freqüentemente chamada de flecha do tempo porque a matéria em sistemas isolados tende a passar da ordem para a desordem.

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